基于亲氟作用纤维束固相微萃取新技术及其在全氟和多氟化合物监测中的应用研究

Because of the low concentration of per-and polyfluoroalkyl substances (PFASs), and the complexity of real sample matrices, suitable sample preparation is necessary for the determination of PFASs in real samples. In this project, according to the chemical properties of PFASs and the principle of fluorophilicity, highly fluorinated monomers and other auxiliary monomers will be selected and used to prepare fluorinated monolithic capillary fibers based on the "in-situ" synthetical method of monoliths. After that, several capillary fibers will be assembled to form multiple monolithic fiber solid-phase microextraction (MMF-SPME). The developed MMF-SPME can be expected to extract targeted PFASs effectively through F-F and other interactions. The fabrication conditions and extraction parameters will be optimized systemically. At the same time, the detailed extraction mechanism of MMF-SPME for PFASs will be explored. Based on above studies, the proposed MMF-SPME will be hyphenated with HPLC-MS/MS to develop convenient, sensitive, and environmentally friendly separation systems for the monitoring of ultra-trace PFASs in environmental water, soil and food samples. The implementation of proposed project will solve the problems such as consuming a lot of organic solvent and samples, tedious and time consuming extraction steps encountered in liquid-liquid extraction, liquid-solid extraction and solid-phase extraction. At the same time, the present study will improve the level of sample preparation for the monitoring of ultra-trace PFASs and push forward the development of sample preteratment technoloy.

本研究拟根据全氟和多氟化合物(PFASs)的化学性质和亲氟性原理，筛选合适的高氟化功能单体及其他辅助单体，利用整体材料的“原位”聚合技术合成整体细纤维，然后将数根细纤维组装一起形成富含氟原子及其他活性基团的固相微萃取纤维束(MMF-SPME)，利用F-F作用及其他作用力，实现对PFASs的有效萃取。优化MMF-SPME合成条件及萃取参数，探讨相关萃取机理。在上述基础上，建立MMF-SPME/HPLC-MS/MS和MMF-SPME/GC-MS/MS联用体系，以实现对复杂样品中超痕量PFASs的高灵敏检测。本项目的实施将可解决目前PFASs监测中所用样品前处理方法存在的萃取效率低、繁琐和耗溶剂等问题。同时也将为PFASs的有效监测提供快速、简便、可靠和环境友好的样品前处理技术和分离分析体系，在一定程度上提高现有PFASs监测技术水平，推动样品前处理技术的发展，具有重要的学术价值和实际应用前景。

由于全氟和多氟化合物(PFASs)具有独特的物理化学性质，因此被广泛使用在工业和民用领域。PFASs在生产和使用过程中会通过多种途径进入环境且难以降解，对生态环境和人类造成潜在风险。因此，为了有效监测复杂样品中超痕量PFASs，同时也为PFASs的风险评估及制定相关防治措施提供有力科学依据，急需发展高灵敏、可靠的分析检测方法。考虑到在实际样品中的低含量及样品基底的复杂性，PFASs的分析检测前必须进行有效的样品前处理。目前虽已有一些相关的前处理技术用于PFASs的萃取，但仍存在操作复杂、萃取效率低、样品和有机溶剂使用量高等不足。为此，本研究根据全氟和多氟化合物(PFASs)的结构特点和亲氟性原理，筛选合适的高氟化功能单体及其他辅助单体，利用整体材料的“原位”聚合技术合成细整体纤维，然后将数根细纤维组装一起形成富含氟原子及其他活性基团的固相微萃取纤维束(MMF-SPME)，利用F-F作用及其他作用力，实现了对全氟烷基羧酸类、全氟烷基磺酸类、全氟烷基磺酰胺类和全氟磷酸类在内的PFASs的有效萃取。研究详细优化了不同MMF-SPME合成条件及萃取参数，同时探讨相关萃取机理。在上述基础上，建立MMF-SPME/HPLC-MS/MS联用体系，实现对复杂样品中超痕量PFASs的高灵敏检测。项目的实施很好解决目前PFASs监测中所用样品前处理方法存在的费时、费力、耗溶剂和样品等问题。也为PFASs的有效监测提供快速、简便、高效和环境友好的样品前处理技术和分离分析体系，在一定程度上提高现有PFASs监测技术水平并推动样品前处理技术的发展。项目研究取得预期成果，在国内外主流期刊发表论文36篇，其中SCI论文35篇，获授权国家发明专利4项，培养博士生2名，硕士生2名，参加国内学术会议6人次，做口头报告3次。